CN112711008B - 激光发射模块及具有此的激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光发射模块及具有此的激光雷达。根据本发明的一实施例的激光发射模块包括：基板；支撑部，设置于所述基板，且表面形成有金属图案；发光部，设置于所述支撑部的一侧面，包括能够发出激光的多个激光器，多个所述激光器的第一电极彼此连接，第二电极彼此相隔形成；所述支撑部的一侧面的金属图案包括：第一图案，包括设置部以及连接部，所述连接部将所述设置部电连接于所述支撑部的底面，多个第二图案，形成于所述设置部的下方，且延伸至所述支撑部的底面，所述发光部的第一电极设置于所述第一图案的设置部，所述发光部的第二电极分别通过金属线电连接于所述第二图案。

Description

激光发射模块及具有此的激光雷达

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种激光雷达及激光雷达的发射模块。

背景技术

在自动驾驶领域中，自动驾驶车辆可以借助激光雷达（LIDAR）等设备来探测周围物体。激光雷达可以通过向周围三维空间发射激光束作为探测信号，并使激光束照射到周围空间中的物体后被反射而成为回波信号并返回，激光雷达将接收的回波信号与发射的探测信号进行比较，从而获得关于周围物体的诸如距离、速度等相关信息。

如上述的激光雷达包括发射模块和接收模块。发射模块产生并发射激光束，打在周围物体上并反射回来的激光束被接收模块接收。由于光速是已知的，因此可以通过激光的传播时间测量周围物体相对于激光雷达的距离。

关于激光的发射，现有的激光雷达已实现了32线或64线的激光输出。在这种多线激光雷达中，采用了在发射模块设置多个边发射激光器（EEL）的结构。所述边发射激光器的激光垂直于顶面而射出，即，激光从边发射激光器的侧面发出。因此，现有技术中，将多个边发射激光器分别设置于多个基板的边缘，然后层叠多个基板而实现多线激光雷达。

但是，上述结构中，由于层叠多个基板而实现多线激光雷达，因此当激光雷达的线数达到64线甚至128线时，会使发射模块的大小变大，并且因为需要对每个设置有边发射激光器的基板分别进行光线校正，因此对所有基板进行校正需要较长时间，这会导致激光雷达的生产速度下降，制造成本上升。

发明内容

本发明提供一种有利于小型化的激光发射模块及具有此的激光雷达。

根据本发明的一实施例的激光发射模块包括：基板；支撑部，设置于所述基板，且表面形成有金属图案；发光部，设置于所述支撑部的一侧面，包括能够发出激光的多个激光器，多个所述激光器的第一电极彼此连接，第二电极彼此相隔形成，所述第一电极形成于所述发光部的第一面，所述第二电极形成于所述发光部的第二面，第一面和第二面彼此相对；所述支撑部的一侧面的金属图案包括：第一图案，包括设置部以及连接部，所述设置部沿第一方向形成，且长度大于所述发光部的长度，所述连接部将所述设置部电连接于所述支撑部的底面，所述底面为所述支撑部的与所述基板相接的面，多个第二图案，形成于所述设置部的下方，沿第二方向排列，且延伸至所述支撑部的底面，所述发光部的第一电极设置于所述第一图案的设置部，所述发光部的第二电极分别通过金属线电连接于所述第二图案。

并且，所述第二电极可以分别与所述第二图案上下对齐。

并且，所述连接部可以沿着第二方向形成，第二方向与第一方向垂直。

并且，所述支撑部可以为长方体形状，所述发光部设置于所述支撑部的长侧面。

并且，所述第一图案和第二图案还可以形成于所述支撑部的底面而将所述发光部的第一电极和第二电极电连接于所述基板。

并且，所述连接部的数量可以为一个，所述连接部形成于多个所述第二图案的一侧。

并且，所述连接部的数量可以为2个，所述第二图案形成于两个所述连接部之间。

并且，在所述基板可以设置有能够驱动所述发光部而使所述发光部发出激光的多个驱动电路，所述发光部通过所述金属图案电连接于所述驱动电路，多个所述驱动电路在所述基板分布于所述支撑部的两侧。

并且，所述支撑部可以利用陶瓷材料形成。

并且，所述第二电极可以分别与所述第二图案上下相隔。

并且，各所述第二电极的中心线之间的相隔距离可以与各所述第二图案的中心线之间的相隔距离相同。

根据本发明的一实施例的激光发射模块包括：上述的激光发射模块以及具有感测光的传感器的激光接收模块。

根据本发明的一实施例，可以将发光部的多个激光器激光发出方向调整为朝向垂直于基板的方向，因此可以减少激光发射模块在激光发出方向的长度。并且，通过如上所述地形成第一图案和第二图案，可以适用于多种大小的发光部。并且，还可以通过使发光部的电极和支撑部的电极图案上下对齐地形成，在设置安装时可以容易地实现光路的更精确的对齐。

本发明的效果不限于如上所述的效果，本领域技术人员可以从以下的说明中得出上文中未记载的效果。

附图说明

图1是示出根据本发明的一实施例的激光发射模块的立体图。

图2是示出根据本发明的一实施例的激光发射模块的平面图。

图3是示出根据本发明的一实施例的激光发射模块的侧视图。

图4是示出根据本发明的一实施例的发光部的平面图。

图5是示出根据本发明的一实施例的形成于支撑部的金属图案的图。

图6是示出根据本发明的一实施例的支撑部底面的金属图案的图。

图7是示出根据本发明的一实施例的激光雷达的示意图。

符号说明

10：激光发射模块 20：激光接收模块

100：发光部 200：支撑部

210：金属图案 211：第一图案

212：第二图案 300：基板

600：传感器 30：处理器

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行详细的描述。显然，以下公开的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

并且，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系是基于附图的方位或位置关系，并且仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1是示出根据本发明的一实施例的激光发射模块10的立体图。图2是示出根据本发明的一实施例的激光发射模块10的平面图。图3是示出根据本发明的一实施例的激光发射模块10的侧视图。

所述激光发射模块10可以设置于激光雷达，并且可以发出激光而使激光在激光雷达外部的物体反射后返回激光雷达，从而可以通过飞行时间法（TOF）测量周围物体与激光雷达的相隔距离。

如图1~3所示，根据本发明的一实施例的激光发射模块10包括发光部100、支撑部200以及基板300。

所述发光部100可以包括多个激光器。所述激光器可以是边发射激光器（EEL）或者垂直腔面发射激光器（VCSEL）。并且，所述发光部100可以为将多个边发射激光器（EEL）或多个垂直腔面发射激光器（VCSEL）一体地结合的结构。在以下说明中，对所述发光部100利用多个边发射激光器（EEL）构成的情形进行说明。本领域技术人员可以理解，虽然本发明对发光部100包括多个边发射激光器（EEL）的情形进行了说明，但是也可以适用于多种其他类型的激光器。

图4是示出根据本发明的一实施例的发光部100的平面图。

如图4所示，所述发光部100所包括的多个边发射激光器可以为负极或正极彼此连接而负极和正极中的另一极彼此相隔的结构。例如，所述发光部100所包括的多个边发射激光器的负极可以彼此连接而形成一个负极，而正极分别独立形成，或者也可以为所述发光部100所包括的多个边发射激光器的正极彼此连接而形成一个正极，而负极分别独立地形成。在以下说明中，对所述发光部100所包括的多个边发射激光器的负极彼此连接且正极分别独立形成的情形进行说明。

如图4所示，发光部100下部的多个突出部分可以分别为各个边发射激光器的正极，发光部100上部可以为多个边发射激光器的负极。图4中示出了发光部100具有8个正极和1个负极的情形。并且，在一个正极和负极之间可以形成能够发出激光的激光器。可以通过向所述负极和正极提供驱动信号而使所述图4所示的发光部100向垂直方向，即纸面上方发出激光。所述负极和正极可以分别连接到设置于所述基板300的驱动电路。

所述发光部100能够包括的边发射激光器的数量不受限制。例如，一个所述发光部100可以包括16、32或64个边发射激光器。所述发光部100所包括的边发射激光器的数量可以根据诸如设计者的需求、支撑部200及发光部100的大小、设置于基板300的驱动电路的数量等而多样地变更。

支撑部200可以如图1~3所示地设置于基板300上。例如，所述支撑部200可以设置于所述基板300的一面。所述支撑部200可以支撑所述发光部100，并且可以使所述发光部100电连接于所述基板300。

支撑部200可以为六面体形状，优选为长方体形状，更优选为两面为正方形的长方体形状。在本实施例中，将支撑部200的与基板300相接的面称为底面；将支撑部200的与底面对向的面称为顶面；将支撑部200的底面及顶面以外的四个面称为侧面；将支撑部200的四个侧面中的较长的两个侧面称为长侧面；将支撑部200的侧面中的较短的两个侧面称为短侧面。其中，两个所述短侧面可以为正方形。

所述支撑部200可以利用陶瓷材料形成。相比于普通的印刷电路板，陶瓷材料的热导率高，且热膨胀系数与所述发光部100更匹配。因此，利用陶瓷材料形成所述支撑部200可以减少所述发光部100发热引起的受损现象。

在本发明的一实施例中，如图1~3所示，发光部100可以设置于所述支撑部200的一个侧面，进一步地，发光部100可以设置于所述支撑部200的一个长侧面。但是不限于此，也可以使两个所述发光部100设置于所述支撑部200的2个长侧面。

并且，发光部100优选以发光区域朝向基板300的上方的方式设置于支撑部200，并且，发光部100发出的光的方向可以垂直于基板300。即，图4所示的发光部100的上部可以面向所述支撑部200，图4所示的发光部100的下部可以朝向所述支撑部200的外侧。通过使发光部100在支撑部200设置为朝向基板300的上方发出激光，可以将激光束的发射方向从现有技术的平行于基板改为垂直于基板。并且，所述发光部100所发出的光的方向可以不垂直于所述基板300，可以根据所述支撑部200的形状而改变设置于所述支撑部200的发光部100所发出的激光的朝向，从而使所述发光部100朝向所述基板300的斜上方发出激光。

所述基板300可以为印刷电路板（PCB）。在所述基板300可以形成有电路。并且在所述基板300可以设置有驱动电路，所述驱动电路可以驱动设置于支撑部200的发光部100的各个激光器而使发光部100发出激光。所述驱动电路的数量可以与发光部100所包括的激光器的数量相同。并且，所述驱动电路可以在基板300上分布于所述支撑部200的两侧。

图5是示出根据本发明的一实施例的形成于支撑部200的金属图案210的图。图5示出了根据本发明的一实施例的支撑部200的长侧面。

在所述支撑部200的表面可以形成有金属图案210。所述金属图案210可以包括第一图案211和第二图案212。所述第一图案211可以包括沿长侧面的长度方向形成的设置部以及沿长侧面的宽度方向形成且将设置部连接于支撑部的底面的两个连接部，从而可以形成为如图5所示的“匚（或者U）”形状。所述设置部的长度可以大于所述发光部100的长度。所述设置部的宽度可以等于所述发光部100的宽度，但本发明不限于此。

所述第二图案212形成有多个，并且其数量可以与发光部100中包括的激光器的数量相同。所述第二图案212可以沿着所述长侧面的宽度方向彼此平行地形成为条形状。

所述第一图案211的设置部优选形成于所述第二图案212的上方。并且可以利用设置部及连接部所形成的“匚”型的框围绕多个所述第二图案212。

所述第一图案211可以与设置于所述支撑部200的发光部100的一体的负极电连接，从而可以将负极电连接于所述基板300；所述第二图案212可以与设置于所述支撑部200的发光部100的各个正极电连接，从而可以将各个正极分别电连接于所述基板300。其中，所述第一图案211可以直接与发光部的负极接触，所述第二图案212可以通过如图1所示的金属线电连接于发光部100的各个正极。从而，可以通过如上所述的方式独立地驱动所述发光部100所包括的多个激光器。

在将所述发光部100设置于所述支撑部200时，可以将所述发光部100设置于所述第一图案211，即，可以将所述发光部100的负极通过焊料等方式固定于所述第一图案211。其中，在所述支撑部200的侧面以及所述发光部100的形成有多个正极的面可以形成有彼此对应的标记。该标记可以为十字形或者三角形等，并且可以在支撑部200的设置发光部100的侧面以及支撑部200的形成有多个正极的面可以分别形成有多个相隔的标记。从而，在安装发光部100时，操作人员可以将上述的标记对齐而进行安装。从而，可以提高所述发光部100的安装精度而有利于光路的稳定。

或者，在固定时，所述第二图案212与所述发光部100可以上下对齐，或者所述第二图案212与所述发光部100的正极可以上下对齐。其中，上下对齐可以表示所述发光部100中的各激光器的中心线和各第二图案212的中心线在从侧面观察时重叠；也可以表示所述第二图案212的一侧边与所述发光部100的激光器的一侧边在从侧面观察时位于同一条直线。并且，满足上下对齐的必要条件可以为各激光器的中心线（或者各激光器的正极的中心线）之间的间距与各第二图案212的中心线间的间距相同。上下对齐的情形可以包括任意的可通过视觉判断为各激光器的横向位置与第二图案212的横向位置为有意经过对齐的情形。

如图5所示，所述金属图案210可以以金属条形状形成于所述支撑部200。并且多个金属图案210可以分别彼此相隔。

所述金属图案210例如可以为金属板或金属薄层（例如金箔），并且可以通过电镀的方式形成于所述支撑部200的表面。

作为另一实施例，虽然在本发明的一实施例中对第一图案211形成为“匚”型而与支撑部的底面之间具有两个连接部的情形进行了说明，但是在另一实施例中，也可以省略一个连接部而使第一图案211形成为“L”型。

作为另一实施例，所述连接部的宽度可以形成为大于各个第二图案212的宽度。

作为另一实施例，虽然在本发明的一实施例中对第一图案211形成于所述支撑部200的长侧面的内侧的情形进行了说明，但是在另一实施例中，所述第一图案211可以沿着所述支撑部的长侧面的边缘形成，从而第一图案211的外侧边可以与长侧面的上边和两个侧边重叠。

上文中，对金属图案210形成于所述支撑部200的长侧面的形状进行了说明。所述金属图案210还可以形成于所述支撑部200的底面，并且可以在所述长侧面和底面之间形成连接。因此，当在所述支撑部200设置有发光部100且所述支撑部200设置于所述基板300时，可以通过形成于侧面及底面的金属图案210将所述发光部100的负极及正极电连接于所述基板300。形成于所述支撑部200的底面的金属图案可以如图6所示。即，形成于所述支撑部200的底面的金属图案210的形状可以为多个平行的条形。从而，可以通过焊接将所述支撑部200长侧面的金属图案电连接于基板300。

在进行安装时，例如，当所述支撑部200设置于所述基板300时，所述支撑部200底面的金属图案210可以通过焊料电连接于所述基板300的电路。并且，所述支撑部200可以通过上述的焊料固定于所述基板300。

参照图1、图4及图5，根据本发明的一实施例，当所述发光部100设置于所述支撑部200时，所述发光部100的负极可以通过焊料或金锡合金电连接于所述第一图案211。并且，所述发光部100可以通过上述的焊料或者金锡合金固定于所述支撑部200。

所述发光部100的各个正极可以通过金属线（如图1所示）与所述第二图案212电连接。其中，为了便于说明，在图3中省略了金属线，这并不代表图3的实施例中不包括所述金属线。所述金属线可以利用金属形成。例如，所述金属线可以利用金、银、铜或者铝等导电性强的金属构成。

所述金属图案210还可以形成于所述支撑部200的未设置所述发光部100的长侧面，并且可以在两个所述长侧面和底面之间形成连接。形成于所述支撑部200的未设置所述发光部100的长侧面的金属图案的形状可以如图5所示或者如图6所示，从而可以有助于支撑部200的焊接。具体而言，通过在支撑部200的底面以及相邻面的与底部对称地形成金属图案，可以在焊接时使支撑部200受到的焊料的力彼此平衡而防止因爬锡现象产生位移或偏转。

位于所述支撑部200的各个面的所述金属图案210之间的连接可以通过位于相邻面的重叠的边的金属图案210实现。

以上，对根据本发明的一实施例的激光发射模块10进行了说明。通过如上所述的激光发射模块10，可以将多个边发射激光器的激光发出方向调整为垂直于基板的方向，因此可以减少激光发射模块10在激光发出方向的长度。并且，通过将所述发光部100设置于陶瓷材质的所述支撑部200，相比于所述发光部100设置于印刷电路板的情形，有助于发光部100的散热，且陶瓷材质的热膨胀系数与所述发光部100更匹配。并且，由于将多个发光部100设置于所述支撑部200，并将所述支撑部200设置于所述基板300，因此无需在组装激光发射模块10时对每个设置于不同基板的边发射激光器进行光学对准，只需在将发光部100设置于所述支撑部200时保证发光部100的安装精度即可。并且，如上所述的激光发射模块10将多个激光器安装于一个支撑部200，因此有利于激光发射模块10的小型化。

根据本发明的一实施例，通过如上所述地形成第一图案及第二图案，本发明的激光发射结构可以应用于多种大小的激光器。即，由于激光器变小而使发光部100的整体尺寸变小时，也可以不用减少第一图案和第二图案的大小。可以在将发光部设置于第一图案之后，从发光部的正极引出向外分散的多个金属线到多个第二图案，从而可以适用于尺寸变小的发光部。

或者，在发光部的激光器的尺寸和第二图案的尺寸相近时，在将发光部100设置于第一图案211的时，通过使各个第二图案212的位置与发光部100的各个正极的位置上下对齐，可以在设置发光部100时实现更容易地对准，并且有利于光路的校正。具体而言，在将发光部100设置于第一图案211时，可以使各个第二图案212和发光部的各个正极上下对齐后进行安装，据此可以提高设置发光部100的对准效率，并且可以简化工序。然后，可以通过金属线将各个发光部100的正极电连接于各个第二图案212。并且，在连接金属线时，可以通过多头的金属线连接装置一次性地对发光部所包括地多个正极连接金属线，从而可以进一步简化工序。

相比于将发光部100的各个正极直接贴装于多个正极图案的方法，本发明的一实施例中，由于发光部100的正极和正极图案（第二图案）均朝向支撑部200的外侧形成，因此在安装时更容易进行左右对齐，这对于光路的横向校准大有裨益。

图7是示出根据本发明的一实施例的激光雷达的示意图。

参照图7，根据本发明的一实施例的激光雷达包括激光发射模块10、激光接收模块20以及处理器30。

参照图7说明的激光发射模块10可以与参照图1至图6说明的激光发射模块10相同。

激光发射模块10中，发光部100所包括的多个激光器可以基于控制部（未示出）的控制而借助所述驱动电路的驱动按照设定顺序发出激光。

并且，通过发光部100发出的激光经过激光雷达的设置在光路径上的发散透镜（未示出）发散后可以具有预定的发射角。因此，可以通过一个根据本发明的激光发射模块覆盖预定的垂直或水平角度范围。其中，激光发射模块10可以覆盖的水平角度范围或垂直角度范围可以根据发光部100所包括的激光器的数量以及发散透镜而多样地变更。

从激光发射模块10发射且在发散透镜发散的激光在激光雷达外部的物体反射后，返回到激光雷达。返回到激光雷达的光可以经过聚焦透镜（未示出）聚焦后入射到激光接收模块20。

所述激光接收模块20可以包括能够感测光的传感器。此时，激光接收模块20所包括的传感器600的数量可以为一个或多个。所述传感器600可以为诸如APD及SPAD等光电传感器。并且，所述传感器600的输出信号可以传送到处理器30。处理器30可以基于飞行时间法（TOF）利用传感器600的输出信号计算激光雷达外部的物体与激光雷达的相隔距离。

其中，根据本发明的一实施例的所述激光发射模块10的发光部100的长度可以小于或等于一个所述传感器600的最大的长度或者多个所述传感器600的整体的最大的长度。从而，容易使所述发光部100所发出的激光照射到所述传感器600所在的区域。

根据本发明的一实施例，可以通过如上所述的发光部100、支撑部200及基板300减小激光发射模块10的大小并简化校准工序，由于减小激光发射模块10的大小，也可以相应地减小所述激光接收模块20的大小。因此，可以减少整体激光雷达的大小。

并且，根据本发明的一实施例的激光雷达还可以包括旋转部件（未示出）。所述旋转部件可以使所述激光发射模块10及激光接收模块20旋转。所述旋转可以是360°的旋转。

以上记载的关于装置及方法的实施例仅仅是示意性的，其中所记载的分离的单元可以是或者不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者不是物理单元，即，可以位于一个位置，或者可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明的技术方案。

Claims (12)

1.一种激光发射模块，其特征在于，包括：

基板；

支撑部，设置于所述基板，且表面形成有金属图案；

发光部，设置于所述支撑部的一侧面，包括能够发出激光的多个激光器，多个所述激光器的第一电极彼此连接，第二电极彼此相隔形成，所述第一电极形成于所述发光部的第一面，所述第二电极形成于所述发光部的第二面，第一面和第二面彼此相对；

所述支撑部的一侧面的金属图案包括：

第一图案，包括设置部以及连接部，所述设置部沿第一方向形成，且长度大于所述发光部的长度，所述连接部将所述设置部电连接于所述支撑部的底面，所述底面为所述支撑部的与所述基板相接的面，

多个第二图案，形成于所述设置部的下方，沿第二方向排列，且延伸至所述支撑部的底面，

所述发光部的第一电极设置于所述第一图案的设置部，所述发光部的第二电极分别通过金属线电连接于所述第二图案。

2.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

所述第二电极分别与所述第二图案上下对齐。

3.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

所述连接部沿着第二方向形成，

第二方向与第一方向垂直。

4.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

所述支撑部为长方体形状，所述发光部设置于所述支撑部的长侧面。

5.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

所述第一图案和第二图案还形成于所述支撑部的底面而将所述发光部的第一电极和第二电极电连接于所述基板。

6.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

所述连接部的数量为一个，

所述连接部形成于多个所述第二图案的一侧。

7.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

所述连接部的数量为2个，

所述第二图案形成于两个所述连接部之间。

8.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

在所述基板设置有能够驱动所述发光部而使所述发光部发出激光的多个驱动电路，

所述发光部通过所述金属图案电连接于所述驱动电路，

多个所述驱动电路在所述基板分布于所述支撑部的两侧。

9.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

所述支撑部利用陶瓷材料形成。

10.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

所述第二电极分别与所述第二图案上下相隔。

11.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

各所述第二电极的中心线之间的相隔距离与各所述第二图案的中心线之间的相隔距离相同。

12.一种激光雷达，其特征在于，包括：

权利要求1至11中的任一项所述的激光发射模块；

激光接收模块，具有感测光的传感器。

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